СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ МОНИТОРИНГА ЗА ЛЕСНЫМИ ПОЖАРАМИ

В предлагаемом обзоре на основе отечественной и зарубежной литературы анализируются возможности систем спутникового обнаружения и мониторинга лесных пожаров, методы мониторинга, рассматриваются геоинформационные компоненты систем космомониторинга лесных пожаров, алгоритмы обработки изображений с целью обнаружения и контроля пожаров.

Пожары являются неотъемлемым процессом в системе Земли, который влияет на структуру экосистемы, состав атмосферы[1], которые ежегодно наносят огромный ущерб лесному хозяйству. Потепление климата, управление земельными ресурсами и демографические тенденции изменили роль пожаров в последние десятилетия [2], что привело к новым экстремальным проявлениям в поведении пожаров, которые создали беспрецедентные экологические, социальные и климатические последствия [3,4]. Такая ситуация сложилась из-за отсутствия надежных прогнозов условий возникновения, средств оперативного контроля и разведки пожаров, а также соответствующих систем автоматизированной обработки оперативной информации для выработки стратегии и тактики борьбы с огненной стихией.

Существует несколько методов мониторинга за лесными возгораниями, такие как:

визуальные, авиационные и космические, осуществляемые, например, благодаря использованию аэрофотосъемки, или, с развитием космических технологий – спутниковый мониторинг, где специализированные спутники, находящиеся на негеостационарных орбитах, производят снимки земной поверхности в инфракрасном диапазоне при помощи так называемых радиометров с последующей передачей их на наземную станцию для детального анализа. На основе разности температуры поверхности земли и температуры очага возгорания возможно определить его приблизительное местоположение.

Среди методов контроля состояния лесов на сегодняшний день ведущая роль по оперативному обнаружению лесных пожаров принадлежит результатам, полученным в результате дистанционного зондирования Земли.

Системы спутникового мониторинга позволяют:

значительно увеличить площадь исследуемой территории;

предоставлять возможность контролировать процессы в режиме реального времени, так ка каждый спутник имеет свой период обращения, то это позволяет планировать съемку необходимого участка в соответствии с местоположением спутника, оперативно реагировать на начинающиеся пожары.

В настоящее время в основном используются следующие спутниковые данные:

- данные, получаемые приборами AVHRR, установленными на спутниках серии NOAA [5]. Эти данные используются для детектирования подозрений на пожары и построения различных изображений облачности;

- данные, получаемые приборами MODIS [6], установленными на спутниках TERRA ɢ AQUA. Эти данные используются при определении оперативной оценке площадей, пройденных огнем.

- данные, получаемые приборами SPOT-VGT [7]. Эти данные используются для оценки площадей, пройденных огнем и последствий действия лесных пожаров.

- данные, получаемые приборами МСУ-Э [8] и LANSAT ETM+ [9] в основном используются для выборочного контроля площадей, пройденных огнем, и верификации оценок, полученных на основе данных SPOT-Vegetation. В ряде случаев они также используются для уточнения картографических основ.

Среди преимуществ дистанционного спутникового мониторинга по сравнению с другими методами выделяют следующие:

- возможность контроля любых участков местности, включая труднодоступные и недоступные для человека;

- высокая степень автоматизации процесса получения и обработки данных;

- оперативности получения информации (обработка данных, полученных со спутников, и их выдача заказчику осуществляется на протяжении часа);

- доступности данных (космические снимки находятся в свободном доступе).

Космический мониторинг способен выполнять следующие задачи:

-задачи, связанные с наблюдением за состоянием всей географической оболочки в целом (глобальный мониторинг);

-задачи, связанные с конкретными природно-хозяйственными системами в конкретной области, стране. Здесь также комплексно изучаются изменение состава атмосферы, температура и влажность воздуха, наличие озоновых дыр и др. Наблюдаются отдельные лесные массивы, их состояние (зараженность, пожары, вырубки), изучаются бассейны рек, отдельных озер, миграция отдельных видов животных и др. (природно-хозяйственный мониторинг);

- задачи, связанные с конкретным контролем отдельных природных объектов. Наблюдению подлежат отдельные реки, озера, связанные с обеспечением питьевой водой; фиксация выбросов промышленности, слежение за чистотой воздуха над городами (санитарно-гигиенический мониторинг).

Хорошо известно, что для получения достойного результата в любой деятельности необходимо наличие и своевременное получение объективной информации, необходимой для ее планирования и выполнения. Неслучайно в последнее время отмечается рост разработок и внедрение различных информационных систем. Особенно важны такие системы, где требуется оперативность получения информации о быстро меняющихся процессах, происходящих на достаточно больших территориях. Именно такая ситуация возникает при организации мониторинга лесных возгораний. Поэтому для информационного обеспечения этих работ была создана в 2003 году система под названием ИСДМ Рослесхоз [10].

Эта система хорошо себя зарекомендовала и способна обеспечить:

- сбор данных о регистрации пожаров на всей территории, о состоянии окружающей среды, необходимых для организации работ по обнаружению и тушению лесных пожаров;

- автоматизированную, оперативную обработку данных;

- оперативное представление данных;

- организацию оперативного и долговременного хранения данных [11].

В заключении хотелось отметить, что с учетом сравнительного анализа методов мониторинга – спутниковый один из наиболее перспективных видов передачи информации для раннего обнаружения и предупреждения чрезвычайной ситуации природного характера. Информационная система хорошо себя зарекомендовала, работает достаточно устойчиво и не требует специального персонала контроля и обслуживания. Проведенные в 2013 году доработки системы позволили использовать новые функциональные возможности.